双色三循环方式彩灯控制器Word格式.docx
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课程设计地点：
指导教师：
系主任：
下达任务书日期:
2010年01月04日
课程设计任务书
1．设计目的：
1）综合运用所学的理论知识，掌握一般电子线路分析和设计的基本方法和步骤；
2）培养一定的独立分析问题、解决问题的能力；
3）实践利用EDA软件绘制电子线路原理图，电路图；
4）学会说明书的规范整理和书写。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
1、用中小规模集成电路设计一台彩灯控制器。
用计数器和译码器设制作一个双色三循环方式彩灯控制器。
2、控制器有8路输出，每路用双色发光二极管指示。
3、控制器有3重循环方式：
方式A：
单绿左移---单绿右移---单红左移---单红右移；
方式B：
单绿左移---全熄延时伴声音；
方式C：
单红右依---四灯红闪，四灯绿闪延时。
4、由单刀掷开关控制3种方式，每种方式用单色发光二极管指示。
5、.两灯点亮时间约在～间可调，延时时间约在1～6S间可调。
6、要求用10V电源设计。
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：
1）课程设计说明书一份；
2）电子文档一份
4．主要参考文献：
1毕满清主编．电子技术实验与课程设计.第3版.北京：
机械工业出版社，2005
2陈晓文主编．电子线路课程设计.第1版.北京：
电子工业出版社，2004
5．设计成果形式及要求：
1）用EDA软件绘制电子线路原理图，电路图；
2）课程说明书用计算机打印，并装订；
6．工作计划及进度：
2008年
12月25日~12月30日：
查资料；
12月31日~1月3日：
在指导教师指导下设计方案；
1月4日~1月10日：
在指导教师辅导下完成实验；
撰写课程设计说明书；
1月11日：
答辩
系主任审查意见：
签字：
年月日
1引言……………………………………………………………………………………………7
2课题构思………………………………………………………………………………………7
3方案设计………………………………………………………………………………………7
基本原理…………………………………………………………………………………8
计数器和译码器…………………………………………………………………………8
4单元设计……………………………………………………………………………8
LED显示电路…………………………………………………………………8
振荡器………………………………………………………………………9
触发器…………………………………………………………………………10
延时电路………………………………………………………………………11
5系统完整电路及其原理说明………………………………………………………………12
控制器的电路及PCB图……………………………………………………………12
工作原理……………………………………………………………………15
6仿真分析及结果…………………………………………………………………15
控制器（方式A）的仿真原理……………………………………………15
仿真结果………………………………………………………………………16
7调试过程…………………………………………………………………………16
8心得体会…………………………………………………………………………17
9参考文献…………………………………………………………………………18
10附录………………………………………………………………………………18
一摘要
循环彩灯的电路很多，循环方式更是五花八门，而且有专门的可编程彩灯集成电路。
绝大多数的彩灯控制电路都是用数字电路来实现的，例如，用中规模集成电路实现的彩灯控制电路主要用计数器，译码器，分配器和移位寄存器等集成。
本次设计的双色循环彩灯控制器就是用计数器和译码器来实现，其特点用双色发光二极管，能发红色和绿色两色光。
关键词：
计数器，译码器，集成，双色二极管
Abstract
Circulatetheelectriccircuitofthecolourfullightalotof,circulatethewayismoremultifarious,andhasspecializedprogrammablecolourfullightintegratedcolourfullightcontrolelectriccircuitsofthegreatmajorityallcarryoutwiththenumericalelectriccircuitof,forexample,thecolourfullightcontrolelectriccircuitthatusesamediumscaleintegratedcircuitrealizationmainlyusestocountamachine,translatingthecodemachine,assigningamachineandmovingtodepositamachineetc.doublecolorof[with]thisdesign'
scirculatingcolourfullightcontrolleristousetocountamachineandtranslatethecodemachinetocarryout,itscharacteristicsgivesoutlightdiodewithapairofcolors,canflushthecolorandgreenanddichromaticlight.
Keywords：
countamachine,translatingthecodemachine,integration，lightdiodewithapairofcolors
1、引言
2、课题构思
单红右移---四灯红闪，四灯绿闪延时。
3、方案设计
近年来，由于中，大规模集成电路的迅速发展，使得数字逻辑电路的设计发生了根本性的变化。
在设计中更多的使用中。
大规模集成电路，不仅可以减少电路组件的数目，使电路简捷，而且能提高电路的可靠性，降低成本。
因此，双色三循环方式彩灯控制器总体方案设计如下：
1，根据总的功能和技术要求，把复杂的逻辑系统分解成若干个单元系统，单元的数目不宜太多，每个单元也不能太复杂，以方便检修。
2，每个单元电路由标准集成电路来组成，选择合适的集成电路及器件构成单元电路。
3，考虑各个单元电路间的连接，所有单元电路在时序上应协调一致，满足工作需求，相互间电气特性应匹配，保证电路能正常，协调工作。
3．1基本原理
设计任务中所要求的3种循环方式并不复杂，用中小规模集成电路就能实现。
本控制应由方式选择，振荡器，控制电路，延时电路，蜂鸣器等组成，其框图如图1所示：
图1双色三循环方式彩灯控制器框图
3．2计数器和译码器
本控制器的核心器件为计数器和译码器，分别采用CMOS中规模集成电路CC4516和CC4514。
CC4516为16脚双列直插的中规模集成可预置数的4位二制加/减计数器（单时钟），其引脚如图2所示。
CC4516有5中功能：
置数，清零，不计数，加计数，减计数，具体功能如表1所示。
CC4514是4为锁存/4线—16线译码器，其输出为高电平有效。
CC4514具有数据锁存，译码和禁止输出3种功能。
数据锁存功能由EL端施加电平实现，EL=0时，O0~O15保持EL置“0”前的电平；
禁止端）E为高电平时，O0~O15全为低电平；
因此，CC4514作为译码器使用时，EL应接高电平，E应接低电平，CC4514的外引脚如图3所示。
图2CC4514引脚图
表1CC4516功能表
CP
CE
UP/DN
PL
MR
功能
×
1
置数，既把数P3P2P1P0送O3O2O1O0中
清零，即O3O2O1O0全为零
不计数，即O3O2O1O0保持不变
加数器
减数器
4、单元设计
4．1LED显示电路
LED显示电路如图3所示。
O15O14O13O12O11O10O9O8
O0O1O2O3O4O5O6O7
图3LED显示电路
O0）~O15为译码器的输出。
4514共有16个输出，而双色发光二极管只有8个，因此每两个输出接同一个发光二极管，接法如图3所示。
发光二极管为双色三极发光二极管，其限流电阻有3种连接方法（16个限流电阻，8个限流电阻，1个限流电阻），本控制器采用8个限流电阻的方法。
发光二极管的极限电流一般为20~30mA，发光二极管的压降约为2V，通过发光二极管的电流可取为10~15mA，以保证发光二极管有足够的亮度，而且这样又不易损坏发光二极管。
4．2振荡器
振荡器有多种振荡器电路，图4所示的振荡器比较简单常用，其中（a）图为CMOS非门构成的振荡器，（b）图为555构成的振荡器。
CMOS非门构成的振荡器的振荡周期T=，555构成的振荡器的振荡周期T=（R1+2R2）C。
图4振荡器
4．3触发器
循环方式A的设计思路如下：
PL=1UP/DN=1UP/DN=0UP/DN=1
起始计数（置“1000”）加数器O15时计数器O0时计数器
本循环彩灯控制器方式A的设计难点就是控制电路（循环功能能否实现在于控制电路是否起作用）。
要实现循环功能，计数器既要加法计数，也要减法计数，即加法计数到O15时变为减法计数，减法计数到O0再变为加法计数，这可用触发器控制计数器的UP/DN端来实现。
图5所示为由D触发器构成的二分频电路，O15和O0作为时钟信号，一个时钟触发器的状态翻转一次。
图6（b）是利用D触发器的直接置“1”端和直接置“0”端来实现触发器的状态转换。
图5（c）和（d）是由门电路组成的基本RS触发器，图5（c）RS输入为高电平有效，因此O15和O0可直接作为S与R的输入。
图5（d）输入为低电平有效，O15，O0反向后作为触发器输入。
除以上几种电路外，也可以直接用RS触发器或JK触发器来实现。
经实践，图5所示的几种电路都能达到控制的作用。
（a）（b）
（c）（d）
图5触发器控制电路
4．4延时电路
循环方式B的设计思路如下：
PL=1UP/DN=1E=1
置1000加计数器O15时延时
延时电路可采用单稳态电路，O15的下降沿作为单稳态电路的触发信号。
根据功能要求。
可采用微分型单稳态电路，555构成的单稳态电路及分立元器件构成的单稳态电路，而下降沿触发的与非构成的微分型单稳态电路和555构成的单稳态电路较为理想。
图6为与非构成的微分型单稳态电路，其中Cd，Rd为微分电路，当ui为窄脉冲触发时，Cd和Rd可省略。
O15的下降沿作为单稳态电路的触发信号，因此O15要经微分和限幅后再触发单稳态电路。
延时时间有RC决定。
555构成的单稳态电路如图7所示，C1R1和VD起微分限幅作用。
因此本电路要求低电平触发，没有触发的时候555的第2脚要为低电平，所以要接R2，对于R1和R2的阻值比要求比较严格，要保证没有触发的时候第2脚电压大于1/3VDD,触发的时候电压小于1/3VDD。
延时时间由RP和C2决定。
图6微分型单稳态电路图7555构成的单稳态电路
在循环方式C中，要实现单红右移，计数器应从“0000”开始递增，因此应先清零再加法计数。
根据计数器和译码器本身无法使输出实现四灯红闪，四灯绿闪，因此，可通过延时电路给8个双色发光二极管加上振荡信号来解决。
方式C的循环过程可表示为:
MR=1UP/DN=1E=1
消零加计数器O7时延时
在设计时要注意，要求是在同一个电路中通过方式选择来实现3种循环功能，而不是设计3个电路。
3种循环方式要互相隔离，如按方式A工作时则不能有方式B现象出现，因此可采用双向模拟开关CC4066进行隔离。
5、系统完整电路及其原理说明
5．1控制器的电路图及PCB图:
如图8所示
图8控制器电路及PCB图
5．2工作原理
选择方式A，指示LED8灯亮，VD19导通，开关刚接通瞬间C4短路，IC2的PL＝1，IC2计数器置数“1000”，电源接通瞬间，C2短路，触发器直接置零R＝1，即IC2的UP/DN=1,j计数器从“1000”开始计数，C2充电结束后，触发器R＝0，不起作用。
当计数器到”1111”,O15＝1，VD2导通，同时IC4A倒通，触发器翻转，UP/DN＝0，计数器递减计数。
选择方式B，指示灯LED9亮，VD20导通，开光刚接通瞬间，C4短路，PL＝1，IC2计数器置数“1000”，电源接通顺间，C2短路，触发器R＝1，触发器直接置零，UP/DN＝1，计数器从”1000”开始计数，IC4A断开，D触发器输出不变，UP/DN一直为一，计数器始终递增计数。
当计数到“1111”时，O15＝1，IC8B导通，当O15从高电平变为低电平时，触发单稳态电路，IC6输出变为高电平，E=1,灯全部熄灭，IC8C导通，CT1导通，蜂鸣器响。
延迟时IC4C导通，PL＝1，计数器始终在置数“1000”，延迟结束时，E＝0，计数又从“1000”开始计数。
选择方式C，指示灯LED10亮，开关刚接通瞬间，C3短路，MR＝1，IC2计数器清零，电源接通瞬间，C2短路，触发器R＝1，触发器直接置零，UP/DN＝1，计数器从“0000”开始计数，当计数器到“0111”时，O7＝1，因IC8A导通，当O7从高电平变到低电平时，触发单稳态电路，IC6输出为高电平，E＝1，IC3的O0～O15输出全为低电平，IC4B导通，延迟时计数器清零，IC7与非门输出脉冲信号，VT2发射级输出脉冲信号送到双色发光二级管，使8盏灯四灯红闪四灯绿闪。
延迟结束，计数器又从“0000”开始计数
6、仿真分析及结果
对于本控制器的三种循环方式，只选择A进行仿真。
6．1控制器（方式A）的仿真原理
从元器件库中调出各种电阻、电容、集成块.发光二级管等元器件,元器件调出后，对元器件的位置进行调整，使布局比较合理。
循
将电位器的操作键由空格键改为a键，按a键或A键可改变电位器的阻值。
X2为电平指示灯，高电平示指示灯亮，低电平示指示灯不亮。
灯泡X1采用虚拟灯泡，双击灯泡使其工作电压设置为220V。
继电器K1采用常开触点的继电器，注意继电器的脚号连接要正确。
双击交流电源U2，将交流电的工作电压设置为220V，工作频率设置为50HZ。
XSC1为示波器图标。
在画原理图时要注意，由于CMOS集成电路的输入端不允许悬空，因此应工具逻辑要求将不用的输入端接高电平或低电平，如4013的CP1，D1不用，应接地，4516的MR，CE接地，4514的数据锁存端EL接电源，禁止端E接地。
6．2仿真结果
检查电路图无误后，可接通电源以模拟循环过程。
由于电源接通瞬间，电容C2，C3相当与短路，使D触发器直接置零端由效，CC4516的置数端PL有效，CC4516置数“1000”,使发光二级管从LED8开始电亮并往上移。
但EWB不能模拟电源接通瞬间电容相当于短路这一过程，因此，电源接通后，发光二级管不一定从LED8开始点亮，计数器可能递增计数也有可能递减计数，但这种现象只会影响第一个周期，对循环过程没有没有影响。
只要绿LED15亮，就会使D触发器置1，从而使计数器递降计数，发光二极管灯亮顺序为，ＬＥＤ15一LED14一…一LED8一…一LED1一LED0的规律变化，此时指示灯X2不亮。
只要红色灯LED0亮，就会示D触发器置零，从而计数器递增计数，发光二级管灯亮按LED0一LED1一….一LED7一LED8一…LED14一LED15规律变化，此时指示灯X2点亮。
当LED15亮示，三极管VT导通，继电器K1吸合，灯X1亮。
说明8只双色发光二级管可以用16只彩灯代替。
按a键或A键，可以改变电位器的百分值，观察灯移动的速度。
百分比值增大时，灯移动的速度应加快。
取不同的百分值，用示波器测量振荡器的周期，将结果填入表3中。
示波器的扫描时间的设置以示波器的屏幕上显示2到3个周期波形为宜。
通过电流表显示通过发光二级管的电流，改变限流电阻的阻值，观察发光二级管时毫安表数值的变化。
将IC1的第4脚复位端接地，用示波器观察555的第三脚输出，此时振荡器没有振荡信号产生，LED0到LED15中某个灯亮。
将IC1的第四脚复位端接VDD，将4514的第一脚接地，观察发光二级管灯亮的现象，此时LED0到LED15中某个灯亮。
若将4514的第23脚禁止端E非接VDD，此时LED0到LED15全部不亮。
7、调式过程
搭完毕后检查是否有多线，少线错线，元器件的位置。
极性是否正确，检查正确后再通电调试。
三脚双色发光二级管中间的最长脚为公负极，第二长脚为红色正极，最短的脚为绿色正极。
通电调试主要从以下几个方面进行：
1）.检查振荡器是否振荡。
如果双色发光二级管灯亮并且左右移动，说明振荡器工作；
如果双色发光二级管只有固定的一盏灯亮，则应检查振荡器是否振荡。
用示波器检查振荡器的输出，或用指针式万用表直流电压挡测量振荡器输出。
如果示波器能检查出振荡波形，或万用表指针左右摇摆，则说明振荡器已经工作。
2）.观察计数器能否计数，若不能计数，检查C4是否接错或已经损坏，若置数得的时间太久（LED7绿灯两地太久），则应减少C4的容量或R19的阻值。
接循环方式C，检查计数器能否置零，若不能，检查C3，R5等元器件。
3）.接循环方式A，检查D触发器在一循环周期内能否翻转两次，若不能翻转，则应现检测D触发器是否已经损坏，再检查VD1、VD2、R2、R3、IC4A等元器件。
4）.接循环方式B，用万用表测量IC6的输出电压，检查挡计数器计数到“1111”，时，单稳态电路的输出是否从的电平变为高电平。
如果单稳态电路的输出一直时低电平，则应测量IC6的第二脚时候一直为高电平而没有低电平触发信号，然后再检查周围相关的元器件。
如果单稳态输出始终为高电平，可能是IC6的第二脚电压一直是低电平所导致，说明R20与R21的组织法选择不当。
5）.接循环方式C，检查能否四灯红闪，四灯绿闪。
检查IC4C,IC7,VT2等元器件。
8、心得体会
在课程设计的过程中，较多的时间是用来查阅资料，因为还是第一次做电子课程设计，图书馆的资料很有限，所以一般通过网上查阅，在此查阅期间，我学会了怎样使用超星阅读器和PDF阅读器。
在调试过程中，故障是不可避免的，或者正如老师所说没有故障反而还不正常。
产生故障的原因很多，情况也很复杂，有的是一种原因引起的简单故障，有的上多种原因相互作用引起的复杂故障，因此需要掌握故障的一般诊断方法，故障诊断过程就是以故障现象出发，通过反复测试，做出分析判断，逐步找出故障的过程。
对于一个复杂的系统来说，要在大量的元器件和线路中迅速，准确地找出故障是见很不容易的事。
要通过对原理图的分析，把系统分成不同功能的电路模块，通过逐一测量找出故障模块，然后再对故障模块内部加以测量找出故障，查找故障，分析故障和排除故障，这样可以提高我分析问题和解决问题的能力，因此，我把他看成是一次好的学习机会。
通过电子线路课程设计，我了解了电子产品设计的一般过程，掌握电子线路设计的基础方法和一般过程，能用仿真软件对电子线路进行仿真设计，能用Portel等软件绘制PCB图，掌握了电子电路调试的方法，能独立解决设计与调试过程中出现的一般问题，能正确选用元器件与材料，能对所设计电路的指标和性能进行测试并提出改进意见，能查阅各种有关手册和正确编写设计报告。
由于这次的课程设计是一个人单独作一个课题，所以我是采用以自学为主的学习方法。
在学完《模拟电子技术基础》和《数字电子技术基础》课程之后，我已经具有了一定的理论基础，实践技能和自学能力。
在复习和课程设计任务有关的单元电路，理清头绪，按照电子电路的一般设计步骤进行设计。
虽然一个人做有点困难，途中不知碰到了多少难题，由于是我自己解决的，所以在解决这些实际难题中得到了很大的提高。
参考文献
3电子线路设计实验测试（第二版）/谢自美武汉：
华中理工大学出版社，
4第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2001）/全国大学生电子设计竞赛组委会编.北京：
北京理工大学出版社，
5通信电路沈伟慈编著西安电子科技大学出版社
6陈晓文主编.电子线路课程设计.北京：
7李银华主编.电子线路设计指导.北京：
北京航空大学出版社，2005
附录:
图10CC4516引脚图
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